1、 1 毕 业 设 计 论 文 基于单片机的 数控直流稳压电源的设计 指导老师姓名： 专 业 名 称： 应用电子技术 班 级 学 号： 论文提交日期： 2011 年 12 月 16 日 论文答辩日期： 2011 年 12 月 17 日 毕业设计论文 单片机的数控直流稳压电源的设计 I 摘要 传统应用技术，由于功率器件性能的限制使开关电源性能的影响减至最小， 为解决普通电源精度不高的问题， 设计出性能优良的开关电源，十分必要。 本文介绍一种以 STC12C5A60S2 单片机为核心的 数控直流稳压电源的设计。该电路详细论述了本系统的总体结构、 硬件和软件的设计。采用 STC 系列单片机作为整机的控
2、制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值，经集成运放放大和射极输出器输出，间接地改变输出电压的大小， 设计出一种输出电压在 0 12V 之间并以 0. 1V 为步进值，进行电压精确调整的数控直流稳压电源电路 ,并 具有输出精度高和液晶显示直观等特点。 关键词 STC；数控；稳压电源 Abstract 毕业设计论文 II Abstract The traditional application technology due to power the performance of the devices limit switch power supply to minimize the infl
3、uence of performance ,to solve the problem of normal power supply s low accuracy， design the good performance of switch power, is necessary. This paper introduces a STC12C5A60S2 numerical control dc voltage stabilizer.Furthermore， the paper elaborates this system overall the structure， the hardware
4、and the softwaredesign Based on STC12C5A60S2 series singlechip machine as the center, combined with digital reflect control technology, by changing the inside digital, via integrated operational and put some very output of output shot， change the voltage quality,in order to design a kind of output v
5、oltage in 0 12V and with 0.1 V for stepping value indirectly ,to adjust the regulated power supply .At last outputs are amplified by operational amplifier and circuit emitter output， it will indirectly alters output voltage This source supply has the advantages of high accuracy on output and Liquid
6、crystal display visual characteristic Key Words STC; numerical controlled; voltage-stabilized source 毕业设计论文 单片机的数控直流稳压电源的设计 III 目录 绪 论 . 1 第 1章 概述 . 2 1.1 系统研究方向 . 2 1.2 研究方法 . 2 1.3 研究步骤 . 2 1.4 设计要求 . 3 1.5 显示电路方案选择 . 3 1.6 系统框图图 . 3 第 2 章 原理设计 . 4 2.1基准电压电路 的 设计 . 4 2.2 显示电路 的 设计 . 4 2.3 按键电路设计 .
7、 5 2.4运放 电 路的设计 . 6 2.5电源电路的设计 . 6 第三章 主要器件介绍 . 7 3.1 STC 单片机 . 7 3.2 DAC0832 . 9 3.3 LCD1602 . 11 3.4 键盘 . 11 第 4 章 软件设计 . 13 4.1 软件设计 .13 4.2 软件设计流程图 .13 第 5 章 调试 过程 . 14 5.1 调试步骤及解决方法 .14 5.2 数据测量 .14 第 6 章 作品展示 . 15 结 论 . 17 致 谢 . 18 参考文献 . 19 附录 A程序 . 20 附录 B 原理图 . 26 毕业设计论文 基于单片机的数控直流稳压电源的设计 1
8、 绪 论 数控电源是从 80 年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展 方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到 90年代，己出现了数控精度达到 0.05V 的数控电源，功率密度达到每立方英寸 50W 的数控电源。从组成上，数控电源可分成器件、
9、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面， 几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦 数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和 人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。 电源采用数字控制，具有以下明显优点 : 1)易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美。 2)控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路。 3)控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统 (或不同型号的产品
10、 )，采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可。 4)系统维护方便，一旦出现故障，可以很方便地通过 RS232接口或 RS485接口或 USB接口进行调试，故障查询，历史记录查询，故障诊断，软件修复，甚至控制参数的在线修改、调试 ; 5)系统的一致性好，成本低，生产制造方便。由于控制软件不像模拟器件那样存在差异，所以，其一致性很好。由于采用软件控制，控制板的体积将大大减小，生产成本下降。 6)易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。为了得到高性能的并联运行逆变电源系统，每个并联运行的逆变电源单元模块都采用全数字化控制，易于在模块之间更好地进行均流控制和通讯或者在模块中实现复杂的均流
11、控制算法 (不需要通讯 )，从而实现高可靠性、 高冗余度的逆变电源并联运行系统。 电路设计 毕业设计论文 2 第 1 章 概述 1.1 系统研究方向 本系统研究的直流稳压电源主要是符合智能化、数字化以及模块化的特点。智能化主要是指系统有可编程模块可以对系统进行智能控制。数字化主要是指系统输出电压通过液晶显示，并且可以通过按键对输出电压进行连续步进数字化调节。模块化是指系统由各个相关模块组成， 提高了系统的可靠性。 1.2 研究方法 硬件电路的设计、制作，程序调试与性能测试 采用 STC12C5A60S2 芯片作为控制器， P0 口和 DAC0832 的数据口直接相连， DA的 8 脚接参考电压
12、（ UREF） 。 LM336 集成电路是精密的 5V稳压器，其工作相当于一个低温度系数的、动态电阻为 0.2的 5V 齐纳二极管，其中的微调端（ G）可以使基准电压和温度系数的到微调。通过调节可调电阻调节 LM336 的输出电压为 5.12V，所以在 DAC 的 8脚输出电压的分辨率为 5.12V/256=0.02V，也就是说 DAC 输入数据端每增加 1，电压增加 0.02。由于本电源输出电压为 0 12V，则最大输入数据为 120（对应的二进制为 1111000）， DAC 输出的值为 2.4V，即输入数据在 0 1111000 之间变化，DA 输出电压在 0 2.4V（实际为 0 -2
13、.4）之间变化。 DAC 输出的电压经集成运放倒相放大后，输出 0 12V 电压。为了满足输出电压的要求，应使集成运放的放大倍数为 5 倍。实际使用时，通过调整 电位器 的值，来满足放倍数的要求。集成运放放大的电压经 三极管 构成射极跟随器放大，作为最终电压输出。 1.3 研究步骤 电路的设计、制作，程序调试与性能测试 。具体研究步骤如下： 1、 完成 数控直流稳压电源 的系统方案设计 ， 利用 protel 画出原理图，再做成pcb 板； 2、 制作 数控直流稳压电源 的硬件电路； 3、 编写程序，对系统进行调试； 4、 使用仪表对系统进 行性能测试 。 毕业设计论文 基于单片机的数控直流稳
14、压电源的设计 3 1.4 设计要求 本系统结构选用 STC单片机为控制核心 ,外加液晶显示和按键电路，由液晶显示，同时通过转换器转换为模拟电压与液晶显示值相比较。 1、液晶显示初始值 06.0V； 2、实现步进为 0.1V； 3、电压范围为 0 12V； 1.5 显示电路方案选择 液晶显示，单片机系统利用液晶显示较数码管显示硬件电路比较简单无需驱动电路且显示比较稳定。 数码管显示，利用数码管显示需要驱动电路这就需要很多三极管和电阻无形中增加了硬件电路的复杂性，不利于电路的调试以及电路不稳定。 综上所述选液晶显示电路 1.6 系统框图 系统由各个模块组成，由各个模块组成的系统框图 如图 1.1
15、所示。 。 图 1.1 系统框图 液晶显示 按 键电路 单 片 机 系 统 控 制 电源电路 电 压 输 出 控 制 D|A 转换 +5V 15V 输出 放 大 电 路 电路设计 毕业设计论文 4 第 2 章 电路 设计 2.1 基准电压电路设计 LM336 集成电路是精密的 5V 稳压器，其工作相当于一个低温度系数的、动态电阻为 0.2的 5V 齐纳二极管，其中的微调端可以使基准电压和温度系数得到微调。通过调节可调电阻调节 LM336 的输出电压为 5.12V。 图 2.1 基准电路 2.2 显示电路设计 如果采用数码管显示，其价格便宜，但是占用端口较多，功耗大、显 示不功能不全。而用 16
16、02 液晶显示，则占用端口少，显示功能较全面，驱动电流小。所以选择选择 1602 液晶显 示。 如图 2.2 所示。 图 2.2 LCD1602 显示电路 毕业设计论文 基于单片机的数控直流稳压电源的设计 5 2.3 按键电路设计 本系统用两只按键 KEY2、 KEY3 来实现“ +”、“ ”步进控制，用一只按键 KEYl实现电路复位清零 6.0V。 如图 2.3 所示。 图 2.3 按键部分 2.4 运放电路 设计 本系统的运放电路主要是通过芯片 UA741来实现， UA741是普通的 放大器通过联接 D/A转换器（ DAC0832）使其内部的电流转换为模拟电压，这就完成了数字电压到模拟电压
17、的转换，在其后面接级联运放 UA741使转换的模拟电压放大到所需大小。电路最后接一个射随电路使输出电压更加稳定。此电路比较稳定原理简单，且都是常用芯片性价比较高。 图 2.4 运放电路 电路设计 毕业设计论文 6 2.5 电源电路的设计 本系统采用两种电源 (主电源和辅助电源 )供电，电源变压器带有中心抽头，经LM7915（稳压芯片 图 a） 、 LM7815（输出三端稳压器 图 b） 得到大小相等、极性相反的士 15 v，一路经 LM7805 得 到 +5 V 电压：其中 +15 V 为主电源， 通过变压器与桥式整流后，经过滤波，一路经 LM7815 得到 +15V， 作为射极输出器的电源；士 15 V作为集成运放的电源； +5 V 作为单片机系统及显示电路电源用。 如图 2.4 所示。 图图 2.5 电源电路
